Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ ứng dụng viễn thám và gis đánh giá xói mòn đất do mưa trong bối cảnh biến đổi kh...

Tài liệu ứng dụng viễn thám và gis đánh giá xói mòn đất do mưa trong bối cảnh biến đổi khí hậu tại thành phố uông bí, tỉnh quảng ninh

.PDF
82
50
147

Mô tả:

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CÁC KHOA HỌC LIÊN NGÀNH NGUYỄN THỊ TRANG ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ XÓI MÒN ĐẤT DO MƯA TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TẠI THÀNH PHỐ UÔNG BÍ, TỈNH QUẢNG NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU HÀ NỘI - 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CÁC KHOA HỌC LIÊN NGÀNH NGUYỄN THỊ TRANG ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ XÓI MÒN ĐẤT DO MƯA TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TẠI THÀNH PHỐ UÔNG BÍ, TỈNH QUẢNG NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: Biến đổi khí hậu Mã số: 8900201.01QTD Người hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Nguyễn Phi Sơn HÀ NỘI - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu do cá nhân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Phi Sơn. Luận văn không sao chép các công trình nghiên cứu của người khác. Một số số liệu của luận văn có trích dẫn kết quả nghiên cứu của đề tài cấp nhà nước: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hiện đại trong xây dựng mô hình quản lý biến động tài nguyên, hoàn thiện công cụ quản lý và nâng cao năng lực giám sát biến động sử dụng đất” mã số BĐKH10/16-20 do tiến sĩ Nguyễn Phi Sơn làm chủ nhiệm đề tài. Kết quả của luận văn chưa từng được công bố ở bất kì một công trình khoa học nào khác. Các thông tin thứ cấp sử dụng trong luận văn là có nguồn gốc rõ ràng, được trích dẫn đầy đủ, trung thực và đúng qui cách. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn. Tác giả Nguyễn Thị Trang i LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Biến đổi khí hậu “Ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá xói mòn đất do mưa trong bối cảnh biến đổi khí hậu tại thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh” đã hoàn thành tháng 11 năm 2020. Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của thầy cô, bạn bè và gia đình. Trước hết tác giả luận văn xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Tiến sĩ Nguyễn Phi Sơn đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu, sử dụng dữ liệu và hoàn thành luận văn. Đồng thời, cảm ơn sự cho phép sử dụng số liệu của đề tài cấp nhà nước: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hiện đại trong xây dựng mô hình quản lý biến động tài nguyên, hoàn thiện công cụ quản lý và nâng cao năng lực giám sát biến động sử dụng đất” mã số BĐKH10/16-20 do tiến sĩ Nguyễn Phi Sơn làm chủ nhiệm đề tài. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Quý thầy cô giáo Khoa các khoa học liên ngành - Trường Đại học Đại học Quốc gia Hà Nội đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức, tạo điều kiện và hướng dẫn trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn. Tác giả cũng chân thành cảm ơn tới các cán bộ thuộc Trung tâm Lưu trữ dữ liệu Khí tượng Thủy văn Hà Nội, Viện Khoa học Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu, Sở Tài nguyên và Môi trường Tỉnh Quảng Ninh đã hỗ trợ tài liệu và đóng góp ý kiến cho một số nội dung của luận văn. Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện để tác giả có thể hoàn thành luận văn này. Trong khuôn khổ một luận văn, do sự giới hạn về thời gian và kinh nghiệm nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp quý báu của thầy cô và các bạn. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 02 tháng 11 năm 2020 Tác giả Nguyễn Thị Trang ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.....................................................................................................i LỜI CẢM ƠN .........................................................................................................ii MỤC LỤC ............................................................................................................ iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................... v DANH MỤC BẢNG .............................................................................................vii DANH MỤC HÌNH .............................................................................................viii MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................. 4 1.1. Tổng quan về biến đổi khí hậu, kịch bản biến đổi khí hậu ................................. 4 1.2. Tổng quan về công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý ....................... 8 1.2.1. Khái quát về công nghệ viễn thám ............................................................................... 8 1.2.2. Khái quát về hệ thống thông tin địa lý ...................................................................... 10 1.3. Tổng quan về nghiên cứu xói mòn đất ............................................................ 14 1.3.1. Khái niệm xói mòn đất .................................................................................................. 14 1.3.2. Tổng quan về phân loại xói mòn đất .......................................................................... 14 1.3.3. Tổng quan nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới và tại Việt Nam ................... 15 1.4. Phương trình mất đất tổng quát USLE ............................................................ 19 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ XÓI MÒN ĐẤT HIỆN TRẠNG VÀ THEO KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU .............................. 21 2.1. Nghiên cứu ứng dụng viễn thám trong thành lập bản đồ xói mòn đất do mưa ........ 21 2.1.1. Ứng dụng viễn thám thành lập bản đồ hệ số C ....................................................... 21 2.1.2. Ứng dụng viễn thám thành lập bản đồ hệ số P ........................................................ 22 2.2. Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thông tin địa lý trong thành lập bản đồ xói mòn đất do mưa ............................................................................................................. 23 2.3. Tổng quan khu vực nghiên cứu ....................................................................... 24 2.3.1. Điều kiện tự nhiên........................................................................................................... 24 2.3.2. Các nguồn tài nguyên..................................................................................................... 26 2.3.3. Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội......................................................................... 28 2.4. Tác động của biến đổi khí hậu và kịch bản biến đổi khí hậu tại thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh .............................................................................................. 29 iii CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ ĐẤT BỊ XÓI MÒN DO MƯA TẠI THÀNH PHỐ UÔNG BÍ, TỈNH QUẢNG NINH ......................................................................... 31 3.1. Xây dựng bản đồ xói mòn đất dựa trên các chỉ số của kịch bản biến đổi khí hậu 2016-2035 ............................................................................................................. 31 3.2. Thành lập bản đồ xói mòn đất hiện trạng do mưa tại thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh ........................................................................................................... 32 3.2.1. Bản đồ hệ số xói mòn do mưa (R) .............................................................................. 33 3.2.2. Bản đồ hệ số chiều dài sườn dốc (L) và hệ số độ dốc (S) .................................... 36 3.2.3. Bản đồ hệ số xói mòn của đất (K) .............................................................................. 40 3.2.4. Bản đồ hệ số che phủ và quản lý đất (C) .................................................................. 47 3.2.5. Bản đồ hệ số do áp dụng các biện pháp canh tác, bảo vệ đất (P) ....................... 49 3.2.6. Tổng hợp bản đồ xói mòn ............................................................................................. 54 3.3. Kết quả xác định diện tích đất bị xói mòn do mưa .......................................... 58 3.3.1. Kết quả xác định diện tích đất bị xói mòn do mưa theo mức độ ........................ 58 3.3.1. Kết quả xác định đất bị xói mòn do mưa theo đơn vị hành chính ..................... 59 3.4. Thành lập bản đồ xói mòn đất do mưa thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh theo kịch bản biến đổi khí hậu (2016-2035) ........................................................... 62 3.5. Đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu tới mức độ xói mòn đất do mưa cho thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh .................................................................... 67 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ........................................................................ 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 70 iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT A1B Kịch bản phát thải trung bình A1FI Kịch bản phát thải cao nhất A2 Kịch bản phát thải cao AR4 Báo cáo đánh giá lần thứ 4 của IPCC (Fourth Assesment Report) AR5 Báo cáo đánh giá lần thứ 5 của IPCC (Fifth Assesment Report) ArcGIS Dòng sản phẩm hỗ trợ trong hệ thống thông tin địa lý (GIS) của ESRI B1 Kịch bản phát thải thấp B2 Kịch bản phát thải trung bình BĐKH Biến đổi khí hậu C Hệ số che phủ và quản lý đất CBCC Dự án Tăng cường năng lực quốc gia ứng phó với Biến đổi khí hậu tại Việt Nam, giảm nhẹ tác động và kiểm soát phát thải khí nhà kính CBICS Dự án tăng cường năng lực thực hiện chiến lược quốc gia về biến đổi khí hậu (Capacity Building and support to the Implementaion of the NationalClimate Change Strategy Project) DBMS Hệ quản trị cơ sở dữ liệu. DBMS Hệ quản trị cơ sở dữ liệu DEM Mô hình số độ cao GDEM phương pháp mô hình GIS Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System) IPCC Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (The Intergovernmental Panel on Climate Change) K Hệ số kháng xói mòn của đất (Kg.h/KJ.mm) L Hệ số chiều dài sườn dốc NDVI Giá trị Tính chỉ số thực vật OC Hàm lượng carbon hữu cơ OM Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ OOA phương pháp giải đoán ảnh viễn thám hướng đối tượng P Hệ số canh tác bảo vệ đất R hệ số xói mòn do mưa (KJ.mm/m2.h.năm) RCM Mô hình hoàn lưu chung khí quyển RCP4.5 Kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình thấp v S Hệ số độ dốc SWAT Mô hình thủy văn USLE Phương trình mất đất phổ dụng VNREDSAT-1 Vệ tinh quang học quan sát Trái Đất (Vietnam Natural Resources, Environment and Disaster-monitoring Satellite-1) vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Hệ thống viễn thám ................................................................................. 9 Hình 1.2. Hệ thống thu nhận ảnh vệ tinh ........................................................... 10 Hình 1.3. Cấu trúc hệ thống thông tin địa lý .......................................................... 11 Hình 2.1. Ảnh tổ hợp màu tự nhiên từ ảnh vệ tinh Landsat ................................... 35 Hình 2.2. Bản đồ chỉ số thực vật Thành phố Uông Bí ............................................ 22 Hình 2.3. Quy trình ứng dụng hệ thống thông tin địa lý thành lập bản đồ xói mòn đất ........................................................................................................................ 23 Hình 2.4. Vị trí địa lý Thành phố Uông Bí ............................................................. 24 Hình 3.1. Quy trình xây dựng bản đồ hiện trạng xói mòn đất do mưa ................... 32 Hình 3.2. Quy trình tính hệ số R ........................................................................... 33 Hình 3.3. Nội suy hệ số R bằng Spatial Analyst Tool trong ArcGIS ...................... 34 Hình 3.4. Bản đồ hệ số mưa thành phố Uông Bí ................................................... 35 Hình 3.5. Quy trình thành lập hệ số độ dốc và chiều dài sườn dốc (LS) ...................... 36 Hình 3.6. Tính độ dốc từ mô hình số độ cao (DEM) ................................................. 37 Hình 3.7. Kết quả xử lý DEM ................................................................................. 37 Hình 3.8. Kết quả tính hướng dòng chảy (Flow Direction) ..................................... 37 Hình 3.9. Tính dòng chảy tích lũy bằng Flow Accumulation trong ArcGIS ........... 38 Hình 3.10. Tính hệ số LS ....................................................................................... 39 Hình 3.11. Bản đồ hệ số LS Thành phố Uông Bí ................................................... 39 Hình 3.12. Tam giác cấu trúc đất ........................................................................... 41 Hình 3.12. Bản đồ hệ số K của Thành phố Uông Bí............................................... 46 Hình 3.13. Bản đồ hệ số C của Thành phố Uông Bí ............................................... 49 Hình 3.14. Bản đồ lớp phủ Thành phố Uông Bí 2017 Error! Bookmark not defined. Hình 3.15. Bản đồ hệ số P Thành phố Uông Bí .................................................... 53 Hình 3.16. Tính toán xói mòn bằng Raster Calculator .......................................... 54 Hình 3.17. Tính giá trị xói mòn đến từng khoanh vi đất bằng Zonal Statistics as Table ................................................................................................................... 54 Hình 3.18. Bản đồ các điểm điều tra xói mòn Thành phố Uông Bí, Quảng Ninh ... 55 Hình 3.19. Bản đồ xói mòn đất hiện trạng Thành phố Uông Bí ................................... 57 Hình 3.20. Bản đồ hệ số mưa biến đổi theo kịch bản biến đổi khí hậu .................. 65 Hình 3.21. Bản đồ xói mòn của Thành phố Uông Bí theo kịch bản BĐKH ........... 66 Hình 3.22. Bản đồ mức độ biến đổi xói mòn của Thành phố Uông Bí………..…..68 vii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Phân cấp đánh giá đất bị xói mòn ...................................................................... 24 Bảng 2.2. Tài nguyên khoáng sản của Thành phố Uông Bí ........................................... 28 Bảng 2.3. Nguy cơ ngập vì nước biển dâng do biến đổi khí hậu tại Quảng Ninh .... 30 Bảng 3.1. Kết quả tính hệ số R cho từng trạm đo ............................................................ 34 Bảng 3.2. Bảng tính hệ số K cho các điểm mẫu ................................................................ 43 Bảng 3.3. Kết quả tính hệ số K đến các loại đất ................................................................ 45 Bảng 3.4. Hệ số C cho loại sử dụng đất Thành phố Uông Bí ........................................ 47 Bảng 3.5. Hệ số P cho từng loại sử dụng đất Thành phố Uông Bí ................................... 50 Bảng 3.6. Hệ số P ....................................................................................................................... 52 Bảng 3.7. Thống kê diện tích xói mòn đất hiện trạng Thành phố Uông Bí ............... 55 Bảng 3.8. Thông số màu cho từng mức độ xói mòn ......................................................... 56 Bảng 3.9. Diện tích đất xói mòn ............................................................................................ 56 Bảng 3.10. Diện tích đất bị xói mòn do mưa theo loại sử dụng đất .................... 58 Bảng 3.11. Diện tích đất bị xói mòn do mưa theo loại đơn vị hành chính ......................... 61 Bảng 3.12. Lượng mưa biến đổi theo kịch bản biến đổi khí hậu 2016 .................... 62 Bảng 3.13. Hệ số R biến đổi theo kịch bản biến đổi khí hậu 2016.......................... 62 Bảng 3.14. Thống kê diện tích xói mòn đất theo kịch bản biến đổi khí hậu Thành phố Uông Bí ................................................................................................................................ 65 Bảng 3.15. Diện tích đất bị xói mòn theo kịch bản biến đổi khí hậu.......................69 Bảng 3.16. Diện tích đất bị xói mòn theo loại sử dụng đất.......................................70 viii MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài nghiên cứu Xói mòn đất là một quá trình xuất hiện một cách tự nhiên, ảnh hưởng tới tất cả các dạng địa hình. Trong nông nghiệp, xói mòn đất được hiểu là quá trình mà lớp đất mặt bị mang đi bởi lực tác động một cách tự nhiên của nước, gió hoặc do lực tác động liên quan đến các hoạt động nông nghiệp như trồng trọt. Xói mòn đất làm giảm năng suất mùa màng và quá trình góp phần làm ô nhiễm các nguồn nước, các vùng đất ngập nước và hồ lân cận. Các yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn đất có thể kể đến là khí hậu, địa hình, hoạt động của con người, thảm thực vật, đất đai. Trong đó, yếu tố khí hậu nhất là lượng mưa là yếu tố chính gây xói mòn đất. Ngoài ra, các yếu tố như nhiệt độ không khí, độ ẩm hay tốc độ gió,… cũng ảnh hưởng lớn đến xói mòn đất. Việt Nam là một trong những nước chịu ảnh hưởng lớn của biến đổi khí hậu (BĐKH), nước biển dâng. Từ năm 2009, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã tiến hành xây dựng kịch bản BĐKH và nước biển dâng nhằm kịp thời phục vụ các bộ, ngành và các địa phương trong đánh giá tác động của BĐKH đến các ngành, lĩnh vực và khu vực, đồng thời là cơ sở để phục vụ việc xây dựng chiến lược, quy hoạch, kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội giai đoạn 2010-2015. Mức độ chi tiết của các kịch bản mới chỉ giới hạn cho 7 vùng khí hậu và dải ven biển Việt Nam. Năm 2011, Chiến lược quốc gia về BĐKH được ban hành, xác định các mục tiêu ưu tiên cho từng giai đoạn, theo đó Bộ Tài nguyên và Môi trường đã cập nhật kịch bản BĐKH và nước biển dâng dựa trên các nguồn dữ liệu, các điều kiện khí hậu cụ thể của Việt Nam và các sản phẩm của các mô hình khí hậu. Kịch bản khí hậu lần này được xây dựng chi tiết đến cấp tỉnh, kịch bản nước biển dâng được chi tiết cho các khu vực ven biển Việt Nam theo từng thập kỷ của thế kỷ 21. Kịch bản BĐKH và nước biển dâng cho Việt Nam năm 2016 được cập nhật theo lộ trình đã được xác định trong Chiến lược quốc gia về BĐKH, nhằm cung cấp những thông tin mới nhất về diễn biến, xu thế biến đổi của khí hậu và nước biển dâng trong thời gian qua và trong thế kỷ 21. Quảng Ninh là một tỉnh ven biển Việt Nam, vừa chịu ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu vừa chịu ảnh hưởng của vấn đề nước biển dâng, Uông Bí là một trong số các quận huyện, thành phố nằm trong số đó. Sử dụng đất một cách hiệu quả, bền vững, giảm thiểu và thích ứng ứng với BĐKH là một trong những yêu cầu đầu tiên trong quá trình xây dựng và phát triển. 1 Theo thông tư số 14/2012/TT-BTNMT ngày 26 tháng 11 năm 2012 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường quy định kỹ thuật điều tra thoái hóa đất đã xác định xói mòn đất do mưa là một trong 8 loại hình thoái hóa đất cần phải điều tra đánh giá. Đánh giá xói mòn đất do mưa là việc xác định lượng mất đất chảy xuống các chân sườn dốc trung bình trong một năm trên một hecta. Việc xác định lượng mất đất này sử dụng phương trình mất đất phổ dụng của Wishmeier & Smith, trong đó các yếu tố tác động đến lượng đất chảy xuống chân sườn hàng năm là lượng mưa, hệ số thấm của đất, độ dốc, chiều dài sườn, lớp phủ thực vật và biện pháp canh tác. Trong đó lượng mưa là yếu tố tác động chính đến lượng mất đất hay nói cách khác lượng mưa là yếu tố tác động đến mức độ xói mòn đất. Thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh có địa hình chủ yếu là đồi núi, với nhiều dãy núi cao ở phía Bắc và thấp dần xuống phía Nam; khí hậu vừa mang tính chất khí hậu miền núi vừa mang tính chất khí hậu miền duyên hải với tổng lượng mưa trung bình năm là 1.600 mm (cao nhất 2.200 mm). Đất lâm nghiệp (13.528 ha, chiếm 43%), nhưng chủ yếu là rừng nghèo. Địa hình độ dốc lớn với độ che phủ của thảm thực vật thấp, ngoài ra, thành phố Uông Bí phát triển mạnh ngành khai thác than và khoảng sản nên kết cấu đất nơi đây rất dễ bị suy yếu. Tài nguyên đất sẽ bị xói mòn rất lớn khi mưa. Do đó, việc đánh giá, dự báo, xây dựng bản đồ xói mòn đất do mưa là rất cần thiết để lập kế hoạch quản lý và sử dụng tài nguyên đất. Đồng thời, đây cũng là căn cứ khoa học để các nhà quản lý đề ra phương án khai thác hợp lý tài nguyên thiên nhiên, tài nguyên khoáng sản mà không gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Thông qua ứng dụng viễn thám và GIS thành lập bản đồ xói mòn đất do mưa theo các chỉ số hiện trạng và theo kịch bản BĐKH (bản cập nhật năm 2016) khu vực Thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh. - Đánh giá, so sánh mức độ xói mòn đất do mưa theo kịch bản BĐKH với mức độ xói mòn đất do mưa hiện trạng. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu ở đề tài này là mối quan hệ giữa BĐKH với mức độ xói mòn đất. Phạm vi về nội dung nghiên cứu: nghiên cứu ảnh hưởng của lượng mưa tới mức độ xói mòn đất. Phạm vi về quy mô, không gian, thời gian: nghiên cứu sẽ đánh 2 giá ảnh hưởng của BĐKH tới xói mòn đất tại Thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh theo kịch bản BĐKH (bản cập nhật năm 2016) so với hiện trạng. 4. Nội dung nghiên cứu Nội dung 1. Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu - Tổng quan về BĐKH. - Giới thiệu một số vấn đề chính của kịch bản BĐKH phiên bản năm 2016. - Khái niệm xói mòn đất. - Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn đất. - Khái quát về viễn thám và GIS. - Thực trạng ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đánh giá ảnh hưởng của BĐKH tới xói mòn đất trên thế giới và tại Việt Nam. Nội dung 2. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đánh giá ảnh hưởng của BĐKH tới xói mòn đất - Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám trong thành lập bản đồ xói mòn đất. - Nghiên cứu khả năng ứng dụng GIS trong thành lập bản đồ xói mòn đất. Nội dung 3. Thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng của BĐKH tới xói mòn đất thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh - Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội Thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh. - Tình hình dữ liệu khu vực nghiên cứu. - Thử nghiệm thành lập bản đồ xói mòn đất hiện trạng do mưa tại Thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh. - Thử nghiệm thành lập bản đồ xói mòn đất do mưa Thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh theo kịch BĐKH phiên bản cập nhật năm 2016. Nội dung 4. Kết luận và kiến nghị - Đánh giá ảnh hưởng của BĐKH tới mức độ xói mòn đất do mưa cho Thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh. 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về biến đổi khí hậu, kịch bản biến đổi khí hậu Khí hậu là định nghĩa phổ biến về thời tiết trung bình trong khoảng thời gian dài. Thời gian trung bình chuẩn để xét là 30 năm, nhưng có thể khác tùy theo mục đích sử dụng. Khí hậu cũng bao gồm các số liệu thống kê theo ngày hoặc năm khác nhau. Theo định nghĩa của Nhóm hội thảo đa quốc gia về biến đổi khí hậu (The Intergovernmental Panel on Climate Change - IPCC) thì khí hậu trong nghĩa hẹp thường định nghĩa là "Thời tiết trung bình", hoặc chính xác hơn, là bảng thống kê mô tả định kì về ý nghĩa các sự thay đổi về số lượng có liên quan trong khoảng thời gian khác nhau, từ hàng tháng cho đến hàng nghìn, hàng triệu năm. Khoảng thời gian truyền thống là 30 năm, theo như định nghĩa của Tổ chức Khí tượng Thế giới (World Meteorological Organization - WMO). Các số liệu thường xuyên được đưa ra là các biến đổi về nhiệt độ, lượng mưa và gió. Khí hậu trong nghĩa rộng hơn là một trạng thái, gồm thống kê mô tả của hệ thống khí hậu. Theo IPCC (2007), BĐKH là sự biến đổi trạng thái của hệ thống khí hậu, có thể được nhận biết qua sự biến đổi về trung bình và sự biến động của các thuộc tính của nó, được duy trì trong một thời gian đủ dài, điển hình là hàng thập kỷ hoặc dài hơn. Nói cách khác, BĐKH là sự thay đổi của hệ thống khí hậu gồm khí quyển, thủy quyển, sinh quyển, thạch quyển, băng quyển hiện tại và trong tương lai bởi các nguyên nhân tự nhiên và nhân tạo trong một giai đoạn nhất định tính bằng thập kỷ hay hàng triệu năm. Một trong những biểu hiện là thay đổi thời tiết bình quân hay thay đổi sự phân bố các sự kiện thời tiết quanh một mức trung bình. Nguyên nhân chính gây ra BĐKH là do sự gia tăng các hoạt động tạo ra các chất thải khí nhà kính, các hoạt động khai thác quá mức các bể hấp thụ và bể chứa khí nhà kính như sinh khối, rừng, các hệ sinh thái biển, ven bờ và đất liền khác. Cụ thể hơn, BĐKH do 2 nguyên nhân chính là nguyên nhân tự nhiên và nguyên nhân con người (báo cáo lần thứ tư -AR4). Các nguyên nhân tự nhiên được cho là những nguyên nhân nằm ngoài hệ thống khí hậu Trái đất cũng như do sự thay đổi bên trong và tương tác giữa các thành phần của nó, bao gồm: Sự biến đổi của các tham số quĩ đạo Trái đất (Độ lệch tâm là tham số phản ánh “độ méo” của quĩ đạo so với đường tròn; Độ nghiêng của trục quay của Trái đất; Tiến động); Sự biến đổi trong phân bố lục địa biển của bề mặt Trái đất; Sự biến đổi trong tính chất phát xạ của mặt trời và hấp thụ bức xạ của Trái đất. BĐKH cũng có thể có nguyên nhân từ hoạt động của con người. Từ năm 1750 (thời kỳ tiền công nghiệp), để phát triển kinh tế, con người đã đốt rừng làm nương rẫy, chặt cây lấy củi, khai thác tài nguyên, xây dựng các nhà 4 máy, xí nghiệp, sử dụngnhiều năng lượng hóa thạch (than, dầu, khí đốt), những việc đó đã thải vào khí quyển càng nhiều các chất khí gây hiệu ứng nhà kính làm gia tăng hiệu ứng nhà kính của khí quyển, dẫn đến tăng nhiệt độ của Trái đất. Theo các chuyên gia, nhiệt độ không khí bề mặt Trái đất đã tăng lên trung bình khoảng 0,6 °C trong 100 năm qua. Sự tăng lên của nhiệt độ trung bình toàn cầu, dấu hiệu của sự BĐKH Trái đất, đã tác động đến môi trường tự nhiên, kinh tế xã hội. Trong thế kỷ 20, mực nước biển đã dâng lên khoảng 15cm do băng tan và sự giãn nở vì nhiệt của nước biển. Sự tan băng có thể làm biến đổi hoàn lưu đại dương, thúc đẩy nhanh hơn sự nóng lên ở các vùng lạnh giá.Hơn 100 năm qua, các sông băng trên núi đã giảm đi đáng kể về phạm vi và khối lượng. Các sự kiện mưa lớn tăng lên ở một số vùng làm gia tăng thiên tai lũ lụt. Nhiệt độ tăng cao hơn làm tăng cường độ bốc hơi và gia tăng hạn hán ở một số vùng trên thế giới. Tần suất và cường độ bão mạnh, nhất là bão nhiệt đới, có xu hướng gia tăng có thể liên quan đến sự nóng lên toàn cầu. Sóng nóng và các đợt nắng nóng đang trở thành hiện tượng phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới (Phạm Văn Cự, 2010). Trong những năm gần đây, khắp các châu lục của thế giới đang phải đối mặt và chống chọi với các hiện tượng thời tiết cực đoan: lũ lụt, khô hạn, nắng nóng. Tại Trung Quốc, lũ lụt và lở đất đã giết chết hơn 3000 người và khiến 12 triệu người phải rời bỏ nhà cửa. Vùng Tây nam Trung Quốc cũng đã phải chống trọi với một trận khô hạn được coi là tồi tệ nhất trong vòng một thế kỷ và sau đó vùng đất khô hạn này lại bị lũ lụt tàn phá. Pakistan là đất nước Châu Á khác cũng đang phải gánh chịu những hậu quả tàn khốc của thiên tai với trận lụt tồi tệ nhất kể từ năm 1929. Cơn mưa dữ dội cuối tháng 7 năm 2010 khiến mực nước sông Indus dâng cao, nhấn chìm một vùng lãnh thổ rộng lớn của Pakistan, khiến ít nhất 1.600 bỏ mạng, hơn 2 triệu người mất nhà ở và khoảng 20 triệu người chịu ảnh hưởng. Tại Châu Phi, hạn hán khiến tình trạng đói nghèo thêm trầm trọng, ảnh hưởng tới 10 triệu người ở 4 quốc gia Tây Phi. Tại Niger, đất nước bị ảnh hưởng sâu sắc nhất, 7,1 triệu người chịu cảnh đói ăn vì mất gia súc và mùa màng trong khi giá ngũ cốc leo thang gấp đôi. Trong khi đó, mưa dữ dội đã phá hủy hoa màu và khiến tình hình sản xuất các loại ngũ cốc ở các quốc gia Tây Phi bị ảnh hưởng nghiêm trọng, kể cả nước láng giềng Chad và Nigeria. Châu Mỹ: lũ lụt và sạt lở đất đã diễn ra tại Rio de Jaaneiro của Brazil khiến 212 người bỏ mạng. Lũ lụt một lần nữa hoành hành trở lại ở các bang Alagoas và Pernambuco của Ấn Độ, khiến ít nhất 1000 người mất tích. 5 Châu Âu: Các nước miền Trung và Đông Âu như Ba Lan, Đức, Hungary, Slovakia cũng phải chịu đựng trận lũ tồi tệ nhất trong nhiều thập kỷ. Nước Anh thì trải qua sáu tháng đầu năm khô hạn nhất kể từ năm 1929 trong khi nước Nga đang chật vật đối phó với tình trạng cháy rừng trên diện rộng do khí hậu khô nóng, gây thiệt hại 200000 ha rừng. Bắc Cực: một khối băng có diện tích 260 km vuông được phát hiện đã tách khỏi dòng sông băng ở Greenland (Greenland Ice Sheet), phía sát Bắc Cực. Đây là đảo băng lớn nhất tách ra ở Bắc Cực trong nửa thế kỷ quan sát. Các nhà khoa học môi trường đã kết luận trong những nghiên cứu gần đây rằng Khối băng đảo Greenland đang ngày càng cao lên do băng tan; vì khi lượng băng nằm trên lớp vỏ bên ngoài Trái Đất bị tan ra, lớp vỏ bên dưới sẽ đẩy lên. Bằng cách đo lường sự thay đổi này, các nhà khoa học có thể nhận biết được những sự thay đổi của các khối băng và cách chúng khiến cho nước biển dâng như thế nào. Kịch bản là hình ảnh của tương lai. Kịch bản không phải là kết quả dự đoán haydự báo. Mỗi kịch bản là một bức tranh tưởng tượng dựa trên những suy luận có căn cứkhoa học về sự phát triển của tương lai có thể xảy ra. Những hoạt động của con người trong vài thập kỷ gần đây đã làm tăng đáng kể nồng độ các khí nhà kính trong khí quyển, từ đó làm gia tăng nhiệt độ toàn cầu. Sự phát thải khí nhà kính do hoạt động của con người được quyết định bởi nhiều yếu tố khác nhau, như sự tăng dân số, sự phát triển kinh tế - xã hội và tiến bộ khoa học kỹ thuật, v.v. Do đó, nó có thể có những biến động lớn trong tương lai. Với mục đích hỗ trợ cho việc phân tích, đánh giá BĐKH và tác động của nó, tìm giải pháp thích ứng và giảm thiểu BĐKH, các kịch bản phát thải khí nhà kính đã được ra đời. Kịch bản phát thải là một công cụ hữu hiệu để phân tích ảnh hưởng của các nhân tố lên tình trạng phát thải, từ đó đưa ra những “viễn cảnh” để lựa chọn cho tương lai. Các kịch bản phát thải khí nhà kính được xây dựng dựa trên những thay đổi của các nhân tố như kinh tế, dân số, chính trị hay công nghệ. Các kịch bản phát thải là thành tố trung tâm của bất kỳ đánh giá BĐKH nào. Phát thải khí nhà kính là yếu tố đầu vào cơ bản của các mô hình khí hậu để đánh giá BĐKH trong tương lai. Kết quả về BĐKH có thể xảy ra trong tương lai, cùng với những nhân tố khác như phát triển kinh tế, tăng dân số và điều kiện môi trường đã cung cấp những thông tin cơ bản cho phép đánh giá về những mối đe dọa, những tác động xấu có thể xảy ra và cả những chiến lược thích ứng. Những nhân tố hình thành kịch bản cũng đồng thời cung cấp cơ sở cho những đánh giá về chiến lược giảm thiểu và xây dựng những chính sách để ứng phó với BĐKH. 6 Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam cung cấp những thông tin cập nhật nhất về đánh giá những biểu hiện, xu thế biến đổi trong quá khứ, kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng trong thế kỷ 21 ở Việt Nam. Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam được Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố lần đầu vào năm 2009 trên cơ sở tổng hợp các nghiên cứu trong và ngoài nước để kịp thời phục vụ các Bộ, ngành và các địa phương trong đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến các ngành, lĩnh vực và khu vực, đồng thời là cơ sở để phục vụ việc xây dựng chiến lược, quy hoạch, kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội giai đoạn 2010-2015. Mức độ chi tiết của các kịch bản mới chỉ giới hạn cho 7 vùng khí hậu và dải ven biển Việt Nam. Năm 2011, Chiến lược quốc gia về biến đổi khí hậu được ban hành, xác định các mục tiêu ưu tiên cho từng giai đoạn, theo đó Bộ Tài nguyên và Môi trường đã cập nhật kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng dựa trên các nguồn dữ liệu, các điều kiện khí hậu cụ thể của Việt Nam và các sản phẩm của các mô hình khí hậu. Kịch bản khí hậu lần này được xây dựng chi tiết đến cấp tỉnh, kịch bản nước biển dâng được chi tiết cho các khu vực ven biển Việt Nam theo từng thập kỷ của thế kỷ 21. Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam năm 2016 được cập nhật theo lộ trình đã được xác định trong Chiến lược quốc gia về biến đổi khí hậu, nhằm cung cấp những thông tin mới nhất về diễn biến, xu thế biến đổi của khí hậu và nước biển dâng trong thời gian qua và kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng trong thế kỷ 21 ở Việt Nam. Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng được xây dựng trên cơ sở Báo cáo đánh giá lần thứ 5 (AR5) của Ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC); số liệu quan trắc khí tượng thủy văn và mực nước biển cập nhật đến năm 2014, bản đồ số địa hình quốc gia cập nhật đến năm 2016; xu thế biến đổi gần đây của khí hậu và nước biển dâng ở Việt Nam; các mô hình khí hậu toàn cầu và mô hình khí hậu khu vực độ phân giải cao cho khu vực Việt Nam, các mô hình khí quyển - đại dương; các nghiên cứu của Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, Hội đồng tư vấn của Ủy ban Quốc gia về Biến đổi khí hậu và các cơ quan nghiên cứu của Việt Nam; các kết quả nghiên cứu trong khuôn khổ hợp tác giữa Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu với Cơ quan Phát triển Liên Hợp Quốc thông qua các dự án CBCC, CBICS; Cơ quan Nghiên cứu Khoa học và Công nghiệp Liên bang Úc; Trung tâm Nghiên cứu Khí hậu Bjerknes của Na Uy; Cơ quan Khí tượng Vương quốc Anh; Viện Nghiên cứu Khí tượng Nhật Bản,… Kịch bản biến đổi khí hậu xét đến sự biến đổi trong thế kỷ 21 của các yếu tố khí hậu như nhiệt độ (nhiệt độ trung bình năm, mùa và nhiệt độ cực trị), lượng mưa (mưa năm, mưa trong các mùa, mưa cực trị) và một 7 số hiện tượng khí hậu cực đoan (bão và áp thấp nhiệt đới, số ngày rét đậm, rét hại, số ngày nắng nóng và hạn hán). Kịch bản nước biển dâng xét đến xu thế dâng cao của mực nước biển trung bình do biến đổi khí hậu (giãn nở nhiệt và động lực; tan băng của các sông băng, núi băng trên lục địa; cân bằng khối lượng bề mặt băng ở Greenland; cân bằng khối lượng bề mặt băng ở Nam Cực; động lực băng ở Greenland; động lực băng ở Nam Cực; thay đổi lượng trữ nước trên lục địa; và điều chỉnh đẳng tĩnh băng). Bản đồ nguy cơ ngập được xây dựng dựa trên mực nước biển dâng trung bình do biến đổi khí hậu. Các yếu tố động lực khác có liên quan như sự nâng hạ địa chất, sự thay đổi địa hình, sụt lún đất do khai thác nước ngầm, thay đổi đường bờ biển, ảnh hưởng của thủy triều, nước dâng do bão, nước dâng do gió mùa, ảnh hưởng của các công trình thủy điện bậc thang, xâm nhập mặn,… chưa được xét đến trong kịch bản này. Các công trình giao thông và thủy lợi như đê biển, đê sông, đê bao, đường giao thông,… cũng chưa được xét đến khi xây dựng bản đồ nguy cơ ngập do nước biển dâng. 1.2. Tổng quan về công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý 1.2.1. Khái quát về công nghệ viễn thám Viễn thám được hiểu là một khoa học và công nghệ để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông qua việc phân tích tư liệu thu nhận được bằng các phương tiện. Những phương tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu. Mặc dù có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng mọi định nghĩa đều có nét chung, nhấn mạnh “viễn thám là khoa học thu nhận từ xa các thông tin về đối tượng, hiện tượng trên trái đất”. Theo Schowengerdt, Robert A, Viễn thám được định nghĩa như là phép đo lường các thuộc tính của đối tượng trên bề mặt trái đất sử dụng dữ liệu thu được từ máy bay và vệ tinh (Schowengerdt, Robert A, 2007). Theo Lê Trung Văn, Viễn thám được định nghĩa như là một khoa học nghiên cứu các phương pháp thu nhận, đo lường và phân tích thông tin của đối tượng (vật thể) mà không có những tiếp xúc trực tiếp với chúng (Lê Văn Trung, 2010). Hầu hết các đối tượng tự nhiên đều hấp thụ, phản xạ hay bức xạ sóng điện từ với cường độ và theo những cách khác nhau. Các đặc trưng này thường được gọi là đặc trưng phổ. Thông tin thu được trong viễn thám có liên quan trực tiếp đến năng lượng phản xạ từ các đối tượng, nên việc nghiên cứu đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc khai thác, ứng dụng có hiệu quả các thông tin thu được. Công nghệ viễn thám phát triển dựa trên 8 những thành tựu mới nhất của khoa học kỹ thuật cũng như công nghệ vũ trụ, công nghệ tin học…Với mục tiêu cung cấp thông tin nhanh nhất và khách quan nhất. Viễn thám được ứng dụng trong nhiều ngành khoa học khác nhau như quân sự, địa chất, địa lý, khí tượng, thủy văn, môi trường, nông nghiệp. Hình 1.1. Hệ thống viễn thám (Nguyễn Ngọc Thạch, 2005) Theo bước sóng sử dụng, viễn thám có thể phân thành 3 loại cơ bản: a. Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại Tư liệu viễn thám thu nhận được trong dải sóng nhìn thấy phụ thuộc chủ yếu vào sự phản xạ từ bề mặt vật thể và từ bề mặt trái đất. Vì vậy, các thông tin về vật thể được xác định từ các phổ phản xạ (Radar sử dụng tia laze là trường hợp ngoại lệ không sử dụng năng lượng mặt trời). b. Viễn thám hồng ngoại nhiệt Nguồn năng lượng sử dụng là bức xạ nhiệt do chính vật thể sinh ra. c. Viễn thám siêu cao tần Trong viễn thám siêu cao tần thường sử dụng hai loại kỹ thuật chủ động và bị động. Viễn thám siêu cao tần bị động thì bức xạ siêu cao tần do chính vật thể phát ra được ghi lại, trong viễn thám siêu cao tần chủ động lại thu những bức xạ, tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể. Nguyên lý thu chụp thông tin viễn thám: Dựa vào nguồn gốc của năng lượng điện từ được sử dụng trong quá trình thu nhận ảnh vệ tinh, các hệ thống thu nhận được chia làm 2 loại: Hệ thống chủ động và hệ thống bị động. Hệ thống bị động thu nhận ảnh vệ tinh dựa vào nguồn năng lượng phát ra từ mặt trời. Năng lượng điện phát ra từ mặt trời truyền tới các đối tượng trên 9 bề mặt trái đất và sẽ được hấp thụ truyền tiếp hoặc phản xạ lại. Phần năng lượng phản xạ lại sẽ được hệ thống thu nhận trên vệ tinh ghi lại và chuyển thành tín hiệu số hay ảnh số. Quá trình thu nhận ảnh vệ tinh của hệ thống chủ động và bị động được minh hoạ trên sơ đồ sau: Hình 1.2. Hệ thống thu nhận ảnh vệ tinh (Nguyễn Ngọc Thạch, 2005) Khác với hệ thống bị động, hệ thống chủ động sử dụng nguồn năng lượng của chính nó để truyền tới các đối tượng trên bề mặt trái đất và ghi nhận phần năng lượng phản xạ lại để chuyển thành tín hiệu số. Hệ thống viễn thám tiêu biểu là radarsat. Do đặc điểm chủ động về nguồn năng lượng nên hệ thống viễn thám chủ động có thể chụp ảnh vào bất kỳ thời điểm nào, trong khi việc chụp ảnh bằng hệ thống viễn thám bị động chỉ có thể thực hiện lúc thời tiết tốt. 1.2.2. Khái quát về hệ thống thông tin địa lý Hệ thống thông tin địa lý đầu tiên được coi là GIS Canada (Canada Geographical Information System - CGIS) hình thành vào năm 1964 trong các chương trình phục hồi đất nông nghiệp. Hệ thống này phân tích dữ liệu đất đai Canada để xác định khu vực đất thứ yếu gây ra các vấn đề môi trường. CGIS này dẫn đến sự phát triển máy scanner điện tử đầu tiên trên thế giới dùng để chuyển đổi bản đồ giấy thành dạng dữ liệu số. Vì vậy, GIS đầu tiên trên thế giới được gắn liền với các nghiên cứu về môi trường.Các hệ thống GIS đầu tiên khác là Hệ thống thông tin tài nguyên và sử dụng đất New York, hệ thống thông tin quản lý đất đai Minnesota. Đến cuối những năm 1970, Viện nghiên cứu các hệ thống môi trường (ESRI) ra đời ở Canifornia và đã phát hành sản phẩm Arc/Info - đây có thể coi là sản phẩm thương mại trọn gói của GIS đầu tiên trên thế giới. 10
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan